關于培養“互聯網+”背景下智能制造工藝 工程師的探索

孟書云 劉漢忠 張立 陳桂

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2011-5640-2551

摘? 要：隨著智能制造成為國家制造業轉型升級的重要方向，市場對智能制造工藝工程師存在新需求。立足于智能制造工程專業人才培養目標，以服務地方經濟發展為導向，構建基于“小工藝+大工藝”的課程教學內容，瞄準行業企業生產現狀和未來發展愿景，在教學中拓展傳統工藝范疇，融入大數據和智能概念，借助先進的數字化技術和工業互聯網工具，實現適應于智能制造的工藝工程師知識和技能雙升級，提升人才的市場競爭力，為國家產業發展提升輸送所需人才。

關鍵詞：制造業轉型? 智能制造? 工藝工程師? 課程教學

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）01（c）-0200-04

Exploration on Training Intelligent Manufacturing Process Engineers under the Background of Internet+

MENG Shuyun1? LIU Hanzhong1? ZHANG Li1? CHEN Gui1

（School of Automation，Nanjing Institute of Technology， Nanjing， Jiangsu Province，211167 China）

Abstract： As intelligent manufacturing has become an important direction for the transformation and upgrading of national manufacturing industry， there is a new demand for intelligent manufacturing process engineers in the market. Based on the talent training goal of intelligent manufacturing engineering specialty and oriented by serving the local economic development， the course teaching content based on "small process + big process" is constructed.Facing the current situation of the production and future development prospect of industrial enterprises， the scope of traditional technology is expanded in teaching， including integration of the big data and intelligent concepts. With the help of advanced digital technology and industrial Internet tools， the knowledge and skills of process engineers in intelligent manufacturing are upgraded. This leads to enhance the market competitiveness of talents and transport the needed talents for national industrial development.

Key Words： Manufacturing industry transformation;Intelligent manufacturing; Process engineers;Course teaching

目前，國家眾多制造業的升級方向已明確定為自動化、數字化、網絡化、智能化，以期實現產業“節能低耗、環保生態、提質增效”的高質量發展目標。制造工藝在整個制造業升級道路上發揮著重要作用，具有相應知識背景和能力的工藝人員是實現各行業制造智能化升級的重要力量。基于此，在智能制造工程專業人才培養的大目標下，與制造工藝有關的課程被確立為一門專業主干課。如何在工藝課程的教學中更好地服務于國家經濟發展前景、滿足地方經濟和企業用人需求，是本文探討的核心問題。

1? 智能制造背景下生產工藝的特點

首先，生產工藝在制造智能化升級中占據重要地位。生產工藝是指生產工人利用生產工具和設備，對各種原料、材料、半成品進行加工或處理，最后使之成為成品的工作、方法和技術。好的生產工藝是生產低成本、高質量產品的前提和保證[1]。國民經濟中，離散制造和流程加工[1-3]，例如石油、化工、冶金、輕工、機械、制藥、醫療等行業，均需在生產工藝的指導下有條不紊地完成生產任務。國家在經濟領域開展的供給側改革和制造業高質量發展目標，使得生產工藝成為位于最底層執行單元的保證目標順利實施的核心要素。

其次，影響生產工藝的因素多。隨著經濟貿易全球化和國家制造能力的增強，各行業生產過程中運用的生產工具和設備呈現多樣化特征。制造用原料不斷推陳出新，檢測、包裝、物流技術更新加速，且產品訂單趨于多品種、小批量甚至是個性化定制品。同時，各行業還需兼顧工業生產帶來的生態危機、環境污染等方面的問題。

再者，生產工藝具有非標性。企業不僅要在國內同行間具有先進的產品制造水平，更要在國際競爭中具備高效生產質優價廉產品的能力。但當前內不同企業生產現狀和發展水平存在一定差異。行業龍頭資金技術實力雄厚，設備更新快，但中小微企業短時間完成設備等生產設施和技術的更新存在困難。這決定了運用的生產工藝應因地制宜。

另外，生產工藝決策復雜度大大提升。在機械化/自動化制造時代，生產人員僅加工制造的局部環節擬定合理的加工工藝，例如在單臺或幾臺設備上實施作業，涉及加工內容和加工順序、加工參數、工時及設備和輔助工具等多要素。而智能制造時代將會把產品的全部制造要素甚至是異地的制造資源統統納入。以機械加工為例，從原材料準備、毛坯/半成品/成品的加工、清洗/去磁/防銹/包裝/物流等輔助工序、加工成本/物流成本/時間成本均要作為生產工藝決策要素。智能制造可突破時空限制，實現跨地域全天候的作業。出于降本增效的目的，應停人不停機。通過對比可以發現，新經濟形勢下的生產制造執行層核心要素——工藝，日益朝向遍及產品全生命周期并且面向多要素的決策復雜化方向發展。

2? 課程內容的改革

傳統生產并不需要實時獲取生產現場過程數據，制造工藝多為集中于每一個制造點處的生產實現方法，稱之為“小工藝”。為適應這種生產力的需求，關于工藝的教學都以此作為開展教學時的內容核心。但小工藝呈離散化、點與點間松耦合的特點，不再適應現代化智能制造的發展。出于行業企業高質量發展的目的，智能制造不僅僅考慮生產時每個制造點的加工問題，更需要在工藝擬定過程中對產品整個生產流程進行綜合研判，即將所有這些點連成線完成更高層級決策。這里將按照該思路制定的工藝稱為“大工藝”。從職業需要來講，將大工藝引入課程教學是必要的。

而且，企業對新員工培訓時，包含了解企業整個生產流程，以便員工在單位能順利開展工作。但學校課程教學內容是高度概括總結后的共性知識。至于企業隸屬于哪個行業、不同行業生產流程之間的共性和差異性等，介紹有限。由于不同行業的生產工藝差別大，傳統教學會使得企業苦于找不到可用之人，有必要結合企業案例介紹大工藝內容。

因此，結合智能制造下工藝的新特點，從行業發展需求及變化來判斷市場對未來人才的要求，調整并精選教學內容，采取多樣化教學方式，確保企業能覓到所用之才、高校畢業生能有用武之地。

2.1 創新思維的培養

大力培養創新型人才是新時代國家人才戰略的重要轉變。智能制造工藝工程師的創新思維應如何培養？如何將創新意識與課程教學中深度融合？從學生來講，可以在掌握基本知識的基礎上，做一些有方向性的思維構想、資料檢索、創新性探索。作為教師，需要匯集廣泛的國內外行業產業信息，了解相關領域的科學與技術的發展史，基本明確從基礎科學研究到技術應用的路徑和過程，以期在創新人才培育中作好引路人。創新需有內生動力，即對創新基本規律的認知和把握。不同學科有不同的特點和規律，需要專業課教師潛心自主挖掘。對制造工藝來講，經過系統化的教學和訓練，學生不能滿足于制訂和執行傳統工藝，更應該具備成為新工藝發明人的彈性，比如將低附加值的工藝適時轉變為具有高附加值的、前沿性加工工藝的眼界和能力。新工藝的探索路徑包括但不限于：（1）從工藝傳承方面，不局限于金屬加工，師生可在考古或博物館中，發現很多失傳的古老工藝;（2）從工藝創新方面，當現有工藝不足以解決加工問題或要求時，倒逼舊有工藝的升級換代;（3）新工藝的出現，勢必會帶來新材料、新設備的研發。可見，新工藝的探索不僅使學習更貼近社會與生活，還會激發學習興趣，找準創新思路和方向。

2.2 基于智能制造的工藝知識體系構建

基于智能制造的新工藝是建立在傳統工藝基礎之上的。傳統工藝給出了手工制造和機加工的解決方案，囊括了金屬切削原理、機床/刀具/工裝夾具的結構和應用、零件常用表面加工方法、加工質量的影響因素和控制方法、工藝規程的編制。其中刀具的幾何參數、切削過程和規律、定位誤差分析、工序尺寸及公差的計算是重點和難點。鑒于國內不同企業生產設備的自動化程度差異大的情況，從產品的實際制造成本和效率考慮，學生有必要掌握適用于普通機床和數控機床加工相關的內容。

關于智能制造背景下的新著眼點，一方面是拓寬認知縱深，探索“互聯網+”、人工智能與制造工藝的碰撞點。對給定行業的制造工藝，加強橫向拓展，即在原有生產流程和制造工藝基礎上，借助于成本、質量、生產效率、利潤等市場指標的評估，依托于工業互聯網平臺，運用傳感器、大數據技術采集現場生產狀態，加入人工智能，納入異地協同制造，實現生產流程和工藝參數可隨設備狀態和訂單變換，從而實時動態調整并最大限度降低設備待機和空置，縮短加工輔助時間，構成工藝環節的封閉環，服務于企業經濟利益最大化。另外以講座、視頻等形式將不同行業的生產制造工藝流程納入到教學內容很有必要。另一方面，探索智能制造工藝信息化、軟件化的實現途徑。在工藝信息化方面，傳統手工編制工藝方式被摒棄，通過融合材料、機械、物理等學科理論，工藝仿真逐步取代加工試制。工藝的信息化和軟件化，會進一步推動制造業的高質量發展。

3? 教與學的改革探索

3.1 大學生學習主動性分析和工程能力的培養

大學生對未來的預期決定了當下的學習態度，高校人才定位影響學生就業前景，企業對智能制造工藝工程師有一定要求。對于應用型工科院校來講，畢業生主要流向中小微生產制造企業。國內不少中小微企業市場研判準確，提供專而精的產品和服務，成為國內外大型公司產業鏈上的優質供應商;但不乏中小微企業是在較為落后的生產線基礎上從事勞動密集型生產。對學生來講，就業單位發展水平參差不齊，面對工作環境差、勞動強度高、工作地點偏遠且薪資低的崗位，極大挫傷學習積極性。而采用了類似于“黑燈工廠”模式的三化融合程度高的企業，所需員工數大大減少，學生想找到合適崗位卻又競爭很大。市場需求拉動人才供給，同時員工基本需求推動企業用工環境進一步提升。從企業來講，有待利用高新技術提升產品附加值，改善工作條件，降低勞動強度，增加對人才的吸引力;而學生在全面了解企業勞動強度、工作條件、薪酬待遇后，對大學教育完成后的就業有基本認識。企業提供的用人條件和學生的基本訴求形成良性循環后，開展教與學會順暢得多，不僅傳統工藝學習過程不再枯燥和迷茫，融入智能制造新理論和技術的教學將成為學生積極主動參與和探索的環節。

智能制造產業升級背景下，如何培養學生關于制造工藝方面的工程能力是教學面臨的核心問題之一。面向行業和區域經濟發展，從學生未來發展空間出發，不僅要注重小工藝，厘清工藝領域知識，更要重視工藝規程信息化趨勢。從大工藝問題出發，借助于數據采集、數據庫、軟件工程、數字孿生、制造執行系統等來形成工藝閉環，完成工藝仿真，調整工藝參數，自動生成加工程序和后處理[4]。從新理念建立到工程項目開發，實現知識技能的應用和融會貫通，通過實踐完成學生自身知識體系重構，拓展國際視野，拓寬知識廣度，激發學生自主思考、知識內化與領悟的主動性和可能性，提升學生分析問題和解決問題的能力。

3.2 教師教學能力的提升

智能制造產業升級需要大量跨學科的復合型和綜合型優秀人才[5]。人才的獲得，一方面固然與生源質量好、學習能力強有關，另一方面，與教學團隊和教師的教學方法、教學能力、教學內容以及教學引領息息相關。跨學科人才的培養，直接面臨的就是教學內容信息量大增，以及工程能力培養過程中多學科跨領域實驗室合作培養的問題。上述兩點對教師來說是極大挑戰。以制造工藝為例，教師要懂設備、懂流程、懂加工、懂經濟效益，還要深入不同發展狀況的企業了解生產現狀，從而便于一線教師在社會需求和課堂教學中找到結合點。滿堂灌、填鴨式教學等擠占學生的思考時間和頭腦空間的教學方式已不再適應新時代人才培養。充滿趣味、能激發出學生求知欲、職業榮譽感、生存豐盛感的專業教育理念和方式方為教師值得深思和探索之處。大量的跨領域專業理論和知識、實踐操作訓練，僅僅依靠極為有限的課堂教學是無法做到的。教師通過提供大量線上資料，充分利用線上交互的便利性，引導學生掌握工程開發所用的各種工具，作好學生課外學習的及時指導和答疑解惑，從而順暢學生“在學中做、在做中學”的工程能力培養道路。

4? 結語

在這個日新月異的大變局時代，國家和地區的經濟高質量發展對人才提出了更高要求，企業、高校、學生三者休戚與共。以智能制造工程師培養為目標，探討了“校-企-生”之間存在的問題，分析用工和育人之間的錯位點，調整教學方法和思路，著力于學生創新思維的引導，構建智能制造工藝知識新體系及融合了軟件工程、大數據、人工智能等先進技術的跨學科工程能力訓練項目，力爭培養出一批能實際解決中小微企業發展和技術升級痛點的實干大學生——智能制造工藝工程師，為國家和地區經濟建設貢獻力量。

參考文獻

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